La energía nuclear: el lado oscuro de la fuerza

Asistimos con horror a los sucesos acaecidos en Japón en donde un terremoto y posterior Tsunami han devastado a la población, y sin embargo este horror palidece frente a las múltiples explosiones y posibles riesgos de contaminación radiactiva de la planta nuclear de Fukushima. Sus consecuencias para el medio ambiente y el riesgo sanitario es demasiado alto como para pasarlo por alto. En las ultimas entradas en este blog hemos estado estudiando el uso de las energías renovables y NO renovables y desde luego teníamos en turno estudiar el uso tecnológico de la energía nuclear pero no esperábamos que un suceso como este nos tuviera en vilo frente a las consecuencias que este hecho está teniendo en el mundo.

Desde los años 50 y 60, el uso de estas plantas estuvo en boga, aparentemente el uso de unos pocos kilos de combustible (uranio) garantizaba un suministro de energía electrica reemplazando la quema intensiva de carbón, parecía la panacea, sin embargo en los años 70 y 80 aparecieron varios accidentes que hizo cambiar la opinión publica. El suceso que mas ha conmovido la población fue el acontecido en 1986 en Chernóbil, en donde el uso de una tecnología deficiente y un mal proceso de mantenimiento llevaron a exponer a cientos de miles de personas a enormes dosis de radiación que les ha causado la muerte, la contaminación al entorno, el retiro forzoso de miles de personas. Si bien es cierto que estamos urgidos de energía, ¿vale la pena el riesgo que corremos frente a este tipo de tecnología?, ¿Será qué acaso no solo somos responsables de nuestros procesos tecnológicos,  sino también de las consecuencias que una tecnología desbocada puede provocar en nuestro planeta?. Aquí queda abierta entonces la discusión.

Desde hace ya tiempo se habla sobre la seguridad que tienen las centrales nucleares, pero a causa de la crisis nuclear que hay en Japón a raíz del terremoto y posterior tsunami el tema está mucho más candente. El riesgo que hay en el país nipón es evidente, con peligros que van desde emisión de radiaciones hasta la fusión del núcleo.
El proceso de la energía nuclear se basa en una colisión entre varios elementos dentro del núcleo de la central. Cuando allí el uranio, torio y plutonio reciben un neutrón se produce un impacto entre ambos, algo que libera energía creando dos neutrones, que a continuación impactarán con dos núcleos atómicos que se volverán a multiplicar y así sucesivamente. En este proceso se genera mucha energía, en forma de calor. Lo que se busca en las centrales es hacer este proceso de forma controlada, por lo que se aplican diferentes procedimientos, usando un material para diluir el material fusionable y disminuir la velocidad de los neutrones, utilizando un material que comúnmente se llama moderador. Con estos dos procesos se puede controlar lo que ocurre en el proceso, pero para que la central nuclear sea efectiva es necesario sacar la energía, para lo que se usa un líquido refrigerante, que también servirá para enfriar el reactor.
En el caso de la central de Fukushima el refrigerante usado es agua normal. Esta pasa por el reactor, lo enfría y genera vapor. El vapor transcurre por una serie de turbinas que están conectadas a un generador y ahí es donde se genera la electricidad que después podemos usar —el proceso se repite de forma continuaDe lo que ha sucedido en la central de Fukushima la mayoría estamos al corriente, pero básicamente, con el terremoto los reactores se pararon de forma automática y a continuación fallaron los dos sistemas para enfriarlo, primero el eléctrico y posteriormente los motores diésel, que fueron afectados por el tsunami. A partir de ahí el reactor se comienza a recalentar y la presión aumenta, por lo que se libera algo de vapor radiactivo al edificio de contención hermético.

Posteriormente se han producido explosiones que han destruido las paredes del edificio del reactor. Los operarios consiguieron hacer funcionar las bombas de refrigeración, en las que usan agua de mar para refrigerar el reactor junto con ácido bórico, que retrasa el proceso de la reacción nuclear..
Ahora vamos a lo que sucede cuando se produce una fusión del núcleo. Normalmente el reactor funciona a unos 1.200 grados Celsius y hay un riesgo real de fusión cuando se alcanzan los 3.000 grados. La fusión del núcleo se puede producir debido a diferentes causas, principalmente porque la potencia del reactor no pueda ser controlada ya que no se pueda refrigerar correctamente el reactor, ya sea por la pérdida de refrigerante o por la imposibilidad de hacer funcionar el sistema. Esto último es lo que está sucediendo en la central de Fukushima. Cuando se sobrepasa la barrera de temperatura anteriormente mencionada tiene lugar la fusión del núcleo, que se produce cuando el material usado, normalmente uranio, pasa de estar en estado sólido a líquido. Con esto se produciría la destrucción del reactor y lo más grave, un posible colapso de la estructura del edificio —que es lo que sucedió en Chernobyl debido a algo mucho más serio, una explosión del reactor— y la posible filtración del material radiactivo al subsuelo (lo que nunca ha ocurrido todavía).
En la memoria de todos está lo ocurrido en Chernobyl y el gran temor es si en Japón se puede producir una tragedia de este tipo. Por el momento parece que no será así y aunque se produzca la fusión del núcleo las consecuencias no tienen por qué ser las mismas, ya que la estructura de la central de Fukushima es más segura que la de Chernobyl. No obstante, espero que no lleguemos a comprobar si es así o no, ya que eso significará que no se ha producido ninguna fusión del núcleo y que finalmente la situación se ha podido controlar.

Actividades:

Para que puedas comprender un poco mas como es qué funciona la energía nuclear y como es su proceso para que se logre aprovechar su energía para transformarse en electricidad te invito a que realices las siguientes actividades.

1, Visita las siguiente infografías (animaciones) y realiza un bosquejo de ellas en tu cuaderno:

http://www.iesmariazambrano.org/Departamentos/flash-educativos/nuclear.swf

https://www.planetseed.com/files/uploadedfiles/Science/Features/Earth_Science/Global_Climate_Change_and_Energy/anim/nuclearplant/es/nuclearplant.html?width=700&height=375&popup=true

http://www.inza.com/ainoa/nuclear2.swf

2. Ahora visita la página del profesor Arturo Quirantes, que tiene una cátedra de Física en la Universidad de Granada que en palabras muy sencillas nos explica como es el proceso de fusión en una central nuclear y qué es lo que posiblemente esté pasando al interior del reactor de Fukushima.

http://fisicadepelicula.blogspot.com/2011/03/fukushima-y-el-sindrome-de-china.html

En el siguiente recurso veras información que nos lleva a analizar los pros y los contra de la energía nuclear, haz clic en el enlace y una vez que leas la información, haz un resumen en tu cuaderno en el que esté incluido tanto los beneficios, así como las consecuencias de esta energía.

https://www.planetseed.com/es/node/15752

3. Observa los siguientes videos para que te hagas una idea de cómo funciona esta energía, sus uso industrial y los efectos que está teniendo en nuestro ambiente.

 

En los siguientes videos podrás darte una idea de los accidentes de Chernóbil y el actual de Fukushima

 

Haz clic sobre el siguiente enlace para que te puedas comprender la magnitud de lo que ha sido esta tragedia de Japón, no solo en cuanto al terremoto y posterior tsunami sino todas las implicaciones que ha tenido en los reactores de la planta de Fukushima. (Video de la televisión española)

http://www.rtve.es/alacarta/videos/informe-semanal/informe-semanal-japon-emergencia-nuclear/1049854/

Actividad  evaluativa

Amigo estudiante, la evaluación de este tema lo podrás realizar de la siguiente forma:

Presentación de un ensayo individual en donde  analices y asumas una posición personal con respecto a la energía nuclear y todas sus posibilidades.  Este trabajo lo debes enviar al correo electrónico asociado a este blog: myprofeciencias@gmail.com Se calificará de acuerdo a rubrica que se les presentará en la clase.

Fuentes:

(1) http://win-hd.com/showthread.php?t=9354&page=1  

(ZAMBRANO, 2011)

(Institución Educativa María Zambrano, 2011 <http://www.iesmariazambrano.org/>)

Arturo Quirantes. http://fisicadepelicula.blogspot.com/2011/03/fukushima-y-el-sindrome-de-china.html 2011

- El PAIS.es <http://www.inza.com/ainoa/nuclear2.swf>

- Excelencia de Schlumberger en el Desarrollo Educativo (SEED) <

https://www.planetseed.com/es/node/15752

-Videos cortesía de www.youtube.com

Energías NO renovables

Indudablemente cuando se escribe sobre energías NO renovables el protagonista indiscutible es el Petróleo. Este preciado hidrocarburo prácticamente es la fuente principal de energía que tenemos en nuestra era tecnológica, desde su aprovechamiento inicial cuando nace la industria automovilística ha movido nuestras economías, su uso intensivo está haciendo que se hable ya de la posibilidad de que tengamos un mundo sin petróleo en un futuro y la idea espanta un poco porque de alguna forma todos los derivados del petróleo se han vuelto imprescindibles para nuestra vida moderna. No solo el petróleo mueve el mundo desde el punto de vista energético, lo hace también desde un punto de vista financiero y político, pues al concentrar tanto capital ha sacado lo mejor del ser humano y a veces lo peor, las ansias de poder y concentración de riqueza es tal que ha creado un mundo con unas desigualdades demasiado marcadas, El capital financiero asociado al petróleo ha creado y puesto gobiernos en todo el mundo que favorezcan sus intereses. Así que este tema no solo debe abordarse desde el ámbito de la tecnología que es sumamente interesante sino desde  otras perspectivas. Es interesante que el estudiante comprenda bajo que intereses se mueve esta industria para que de alguna forma sea consiente de los nuevos roles que en materia de energía se esta moviendo nuestra sociedad.

El petróleo fuente de energía

Aunque se ha formado el petróleo en épocas milenarias, se lo comienza a utilizar hace unos 200 años.

El petróleo es una sustancia oleosa de color muy oscuro compuesta de hidrógeno y carbono, y se lo llama hidrocarburo. Puede hallarse en estado líquido o en estado gaseoso. En estado líquido es llamado aceite "crudo", y en estado gaseoso,  gas natural. Su origen es de tipo orgánico y sedimentario. Se formó como resultado de un complejo proceso físico-químico en el interior de la tierra, que, debido a la presión y las altas temperaturas, se van descomponiendo las materias orgánicas que estaban formadas especialmente por  fitoplancton y el zooplancton marinos, así como por materia vegetal y animal, que se fueron depositando en el pasado en lechos de los grandes lagos, mares  y océanos. A esto se unieron rocas y mantos de sedimentos. A través del tiempo se transformó esta sedimentación en petróleo y gas natural.

En 1852, el físico y geólogo canadiense Abraham Gessner logró una patente para conseguir del petróleo crudo un combustible para lámparas, el queroseno. En 1855, el químico estadounidense Benjamín Silliman hizo una publicación sobre los derivados útiles que se podían obtener de la destilación del petróleo.

La industria petrolera comienza en 1859, cuando Edwin L. Drake perforó el primer pozo para extraer petróleo, con la finalidad de obtener abundante kerosene para la iluminación.  En Rusia se perforaron los primeros pozos entre 1806 y 1819. En Canadá y en Alemania comenzaron las perforaciones en 1857.

Se lo comercializó por primera vez en 1850, cuando Samuel Kier, un boticario de Pittsburg, Pennsylvania (EE.UU.), lo vendía con el nombre de "aceite de roca" o "petróleo".

Más adelante comenzó a explotarse la industria del petróleo, que fue avanzando cada vez más hasta convertirse en elemento esencial para el desarrollo industrial y económico actual. El de mejor calidad es el llamado "liviano". (1)

Origen del petróleo

El origen del petróleo ha sido un tópico de interés para muchos investigadores. Saber su origen es muy complicado. Una gran mayoría de químicos y geólogos dicen que tiene un origen orgánico, mientras que otros científicos piensan que se forman en la Naturaleza por un método abiógeno. De este modo tenemos dos teorías:

  • Teoría orgánica
  • Teoría inorgánica (abiógena)

- La teoría orgáncia dice que el petróleo y el gas se forman a partir de las sustancias orgánicas de las rocas sedimentarias. Consideramos que el primer material orgánico que se acumula en las rocas sedimentarias está formado por residuos muertos de la microflora y de la microfauna (plancton,…) que se desarrollan en el agua del mar y a las cuales se añaden restos animales y vegetales por transporte. (2)

El petróleo se origina de una materia prima formada principalmente por detritos de organismos vivos acuáticos, vegetales y animales, que vivían en los mares, las lagunas o las desembocaduras de los ríos, o en las cercanías del mar. Se encuentra únicamente en los medios de origen sedimentario. La materia orgánica se deposita y se va cubriendo por sedimentos; al quedar cada vez a mayor profundidad, se transforma en hidrocarburos, proceso que, según las recientes teorías, es una degradación producida por bacterias aerobias primero y anaerobias después. Estas reacciones desprenden oxígeno, nitrógeno y azufre, que forman parte de los compuestos volátiles de los hidrocarburos.

A medida que los sedimentos se hacen compactos por efectos de la presión, se forma la "roca madre". Posteriormente, por fenómenos de "migración", el petróleo pasa a impregnar arenas o rocas más porosas y más permeables (areniscas, calizas fisuradas, dolomías), llamadas "rocas almacén", y en las cuales el petróleo se concentra y permanece en ellas si encuentra alguna trampa que impida la migración hasta la superficie donde se oxida y volatiliza, perdiendo todo interés como fuente de energía. (3)

Esta materia orgánica se cubrió paulatinamente con capas cada vez más gruesas de sedimentos, al abrigo de las cuales, en determinadas condiciones de presión, temperatura y tiempo, se transformó lentamente en hidrocarburos (compuestos formados de carbón e hidrógeno), con pequeñas cantidades de azufre, oxígeno, nitrógeno, y trazas de metales como fierro, cromo, níquel y vanadio, cuya mezcla constituye el petróleo crudo.
Estas conclusiones se fundamentan en la localización de los mantos petroleros, ya que todos se encuentran en terrenos sedimentarios. Además los compuestos que forman los elementos antes mencionados son característicos de los organismos vivientes.
Un problema que presenta esta teoría, sin embargo, es el hecho inexplicable de que de los más de 30,000 campos petroleros en el mundo entero, hasta ahora sólo 33 de ellos constituyen grandes yacimientos, de entre los cuales, 25 se encuentran en el Medio Oriente y contienen más del 60% de las reservas probadas de nuestro planeta.
Por lo tanto es difícil pensar que tantos animales hayan muerto en menos del 1% de la corteza terrestre, que es el porcentaje que le corresponde al Medio Oriente. (4)

- La teoria inorganica o  abiógeno considera que las sustancias inorgánicas, mediante transformaciones química, forman el petróleo. Pero es conocido que el petróleo tiene sustancias orgánicas. El problema que se plantea pues es saber que transformaciones dan lugar a materia orgánica a partir de materia inorgánica.

“El hecho capital a tener en cuenta es que el petróleo
nació en las profundidades de la Tierra,
y es sólo ahí donde hay que buscar su origen”
DIMITRI MENDELEYEV, 1877

En 1951, el geólogo ruso Nikolai Alexandrovich Kudryavtsev fue el primero en proponer una teoría que decía que el petróleo era producido abióticamente.

Mas recientemente, en Occidente, el profesor de astronomía de la Universidad de Cornell (retirado) Thomas Gold, con la publicación de su libro "The Deep Hot Biosphere" (La Profunda y Caliente Biósfera), propuso tres controversiales teorías sobre la formación del petróleo:

  • La Tierra tiene un dominio orgánico subterráneo con una masa y volumen mas grande que la biósfera (la suma total de las cosas vivientes) de su superficie.
  • Los organismos que habitan esta biósfera caliente y profunda no son plantas ni animales, sino bacterias amantes del calor que sobreviven con una dieta basada en hidrocarburos: gas natural y petróleo.
  • Dio la idea de que los hidrocarburos en la Tierra no son "combustibles fósiles", sino parte del material primordial con que fue formada la Tierra hace unos 4.500 millones de años.

Actualmente existen algunas evidencias que apoyan esta teoría, a saber:

  • Hay petróleo descubierto a una profundidad de 9 kms, mucho mas hondo que los 5,5 kms que es el límite a partir del cual no se encuentra mas materia orgánica.
  • Ciertos pozos ya vaciados han vuelto a rellenarse.
  • La cantidad de petróleo sacado hasta ahora debido al material orgánico no coincide con los modelos.
  • Experimentos que demuestran que los hidrocarburos podrían formarse en el interior de la Tierra por procesos inorgánicos.

Hay 2 teorías abióticas para explicar la formación de los hidrocarburos:

  • la teoría "débil": el petróleo se forma abióticamente, pero en tasas no mayores que aquellas que asumen los geólogos del petróleo de acuerdo con la teoría convencional (esta versión no tiene consecuencias políticas).
  • la teoría "fuerte": el petróleo se forma a una velocidad suficiente para reemplazar las reservas tan rápido como las agotamos. Es decir, a un promedio 10.000 veces mas rápido que todo lo conocido en la geología del petróleo (esto tiene fuertes implicaciones políticas).

Ambas versiones dicen que el petróleo es formado debido a reacciones de carbonatos con óxido de hierro y agua en una región de la Tierra llamado "manto".
Además, se asume que el manto es una reserva tan grande que la cantidad de reactantes consumidos en la reacción no se agotarían por unos miles de millones de años (esto tiene su razón de ser, ya que el manto es muy grande).

El origen abiogénico de los depósitos de petróleo podrían explicar algunos fenómenos que actualmente no son bien entendidos, como por que los depósitos de petróleo casi siempre contienen helio biológicamente inerte.
Basado en esta teoría, Gold persuadió al Swedish State Power Board para perforar en búsqueda de petróleo en una roca que había sido fracturada por un antiguo meteorito. Fue una buena prueba para su teoría porque la roca no era sedimentaria y por tanto no contenía remanentes de plantas o vida marina. La perforación fue exitosa, aunque no se encontró suficiente petróleo para hacerla viable comercialmente.

Lo que por ahora está claro es que no existe una sola clase de petróleo, sino dos. La evidencia no prueba que todo el petróleo sea abiótico.
Pero si parece que al menos el metano puede formarse abióticamente, tal como
lo demostró la sonda "Huygens" (que formaba parte de la misión de la NASA "Cassini-Huygens") cuando aterrizó en Titán, uno de los satélites de Saturno. Esta luna tiene lagos de metano, de sus nubes llueve metano continuamente, y por supuesto este metano no tiene una base biológica.  )5)

Las teorías abiogénicas rechazan la suposición de que ciertas moléculas encontradas dentro del petróleo, conocidas como biomarcadores, sean indicativas del origen biológico del petróleo.

En cambio, argumentan que algunas de estas moléculas pueden provenir de microbios que el petróleo encuentra en su emigración hacia la superficie a través de la corteza, que otras se han encontrado también en meteoritos -los cuales presumiblemente nunca han tenido contacto con materia viviente-, y que otras pueden ser engendradas por reacciones posibles en el petróleo inorgánico.
Esta teoría ha sido impulsada durante los últimos 50 años en Rusia y Ucrania y ya fue apoyada por científicos prestigiosos desde principios del siglo XIX. (6)

A pesar de todo, la mayoría de los geólogos no aceptan esta teoría abiótica, y por ello la controversia está servida.

Composición del petróleo

El petróleo es un compuesto, más denso que el agua y de un olor fuerte y característico. Se extrae de la superficie terrestre y después es almacenado en grandes depósitos y enviado mediante oleoductos (vía terrestre) o por los grandes barcos petrolíferos (vía marítima) a las partes del mundo donde es necesario.

En numerosas ocasiones se utiliza la palabra crudo para denominar al petróleo sin refinar.

Los hidrocarburos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. La composición media del petróleo sería  85%C, 12%H y 3% S+O+N, además de varios elementos metálicos. La composición de los crudos varía dependiendo del lugar donde se han formado. Las diferencias entre unos y otros se deben, a las distintas proporciones de las diferentes fracciones de hidrocarburos, y a la variación en la concentración de azufre, nitrógeno y metales.

En las refinerías el crudo pasa a convertirse en un derivado del petróleo. El proceso de refinado pretende:

  • Separar el crudo en fracciones diferentes mediante destilación fraccionada o fraccionamiento del crudo.

  • Convertir las fracciones que tienen una menor demanda en el mercado en otras de mayor demanda. Esto se realiza gracias a la técnica de ruptura térmica o catalítica (craqueo).
    Craqueo térmico : Consiste en la ruptura de las cadenas carbonadas y acción de calor a una temperatura de entre 400 – 650ºC. De esta ruptura se obtienen parafinas cortas , olefinas, naftalenos o aromáticos.
    Craqueo catalítico: Mejoras en el craqueo térmico mediante el empleo de catalizadores.

  • Modificar las cadenas de carbono de las gasolinas para aumentar la calidad del carburante (reformado) y elevando el poder antidetonante de la gasolina .
    Los catalizadores de reformado tienen dos funciones químicas diferentes:
    Función metálica: Las reacciones que catalizan los metales (Pt, Re, Ir) en este proceso son las de hidrogenación y deshidrogenación.
    Función ácida: Esta función la realiza el cloro, y tiene como misión llevar a cabo las reacciones de isomerización de n-parafinas, así como catalizar algunas etapas del proceso de reformado.

  • Realizar un refinado adicional para eliminar los componentes no deseados, como el azufre. (7)

Proceso de separación de petroleo

Las refinerías de petróleo funcionan veinticuatro horas al día para convertir crudo en derivados útiles. El petróleo se separa en varias fracciones empleadas para diferentes fines. Algunas fracciones tienen que someterse a tratamientos térmicos y químicos para convertirlas en productos finales como gasolina o grasas.

En los primeros tiempos, la refinación se contentaba con separar los productos preexistentes en el crudo, sirviéndose de su diferencia de volatilidad, es decir, del grosor de una molécula. Fue entonces cuando se aprendió a romperlas en partes más pequeñas llamadas "de cracking", para aumentar el rendimiento en esencia, advirtiéndose que ellas y los gases subproductos de su fabricación tenían propiedades "reactivas".

A principios del pasado siglo, los franceses de Alsacia refinaron el petróleo de Pechelbronn, calentándolo en una gran "cafetera". Así, por ebullición, los productos más volátiles se iban primero y a medida que la temperatura subía, le llegaba el turno a los productos cada vez más ligeros. El residuo era la brea de petróleo o de alquitrán. Asimismo, calcinándolo, se le podía transformar en coque, excelente materia prima para los hornos metalúrgicos de la época.

Los ingenieros norteamericanos y germanos introdujeron los alambiques en cascada, sistema en que cada cilindro era mantenido a una temperatura constante. El petróleo penetraba en el primero y una vez rescatado lo que podía evaporarse, pasaba al siguiente, que se encontraba a temperatura más alta y así sucesivamente hasta el último, desde el cual corría la brea.

Plantas modernas

El principio básico en la refinación del crudo radica en los procesos de destilación y de conversión, donde se calienta el petróleo en hornos de proceso y se hace pasar por torres de separación o fraccionamiento y plantas de conversión.

En las distintas unidades se separan los productos de acuerdo a las exigencias del mercado.

La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes, o fracciones, según la masa molecular.

El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, donde la temperatura disminuye con la altura.

Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen.

Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más arriba y son extraídas allí.

Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados.

Una vez extraído el crudo, se trata con productos químicos y calor para eliminar el agua y los elementos sólidos y se separa el gas natural. A continuación se almacena el petróleo en tanques desde donde se transporta a una refinería en camiones, por tren, en barco o a través de un oleoducto. Todos los campos petroleros importantes están conectados a grandes oleoductos.

Destilación básica

La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación. El petróleo crudo empieza a vaporizarse a una temperatura algo menor que la necesaria para hervir el agua.

Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes.

El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina, seguida por la nafta y finalmente el queroseno.

En las antiguas destilerías, el residuo que quedaba en la caldera se trataba con ácido sulfúrico y a continuación se destilaba con vapor de agua.

Las zonas superiores del aparato de destilación proporcionaban lubricantes y aceites pesados, mientras que las zonas inferiores suministraban ceras y asfalto.

Craqueo térmico

El proceso de craqueo térmico, o pirólisis a presión, se desarrolló en un esfuerzo para aumentar el rendimiento de la destilación.

En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de gasolina —compuesta por este tipo de moléculas— producida a partir de un barril de crudo.

No obstante, la eficiencia del proceso era limitada, porque debido a las elevadas temperaturas y presiones se depositaba una gran cantidad de coque (combustible sólido y poroso) en los reactores. Esto, a su vez, exigía emplear temperaturas y presiones aún más altas para craquear el crudo.

Más tarde se inventó un proceso de coquefacción en el que se recirculaban los fluidos; el proceso funcionaba durante un tiempo mucho mayor con una acumulación de coque bastante menor. Muchos refinadores adoptaron este proceso de pirólisis a presión.

Alquilación y craqueo catalítico

La alquilación y el craqueo catalítico aumentan adicionalmente la gasolina producida a partir de un barril de crudo.

En la alquilación, las moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico se recombinan en presencia de un catalizador.

Esto produce moléculas ramificadas en la zona de ebullición de la gasolina con mejores propiedades (por ejemplo, mayores índices de octano-octanaje) como combustible de motores de alta potencia, como los empleados en los aviones comerciales actuales.

En el proceso de craqueo catalítico, el crudo se divide (craquea) en presencia de un catalizador finamente dividido. Esto permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse mediante alquilación, isomerización o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles de elevado octanaje para motores especializados. (8)

Derivados del petróleo

Los siguientes son los diferentes productos derivados del petróleo y su utilización:

- Gasolina motor corriente y extra – Para consumo en los vehículos automotores de combustión interna, entre otros usos.

- Turbocombustible o turbosina – Gasolina para aviones jet, también conocida como Jet-A.

- Gasolina de aviación – Para uso en aviones con motores de combustión interna.

- ACPM o Diesel – De uso común en camiones y buses.

- Queroseno – Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales. Es el que comúnmente se llama "petróleo".

- Cocinol – Especie de gasolina para consumos domésticos. Su producción es mínima.

- Gas propano o GLP – Se utiliza como combustible doméstico e industrial.

- Bencina industrial – Se usa como materia prima para la fabricación de disolventes alifáticos o como combustible doméstico

- Combustóleo o Fuel Oil – Es un combustible pesado para hornos y calderas industriales.

- Disolventes alifáticos – Sirven para la extracción de aceites, pinturas, pegantes y adhesivos; para la producción de thinner, gas para quemadores industriales, elaboración de tintas, formulación y fabricación de productos agrícolas, de caucho, ceras y betunes, y para limpieza en general.

- Asfaltos – Se utilizan para la producción de asfalto y como material sellante en la industria de la construcción.

- Bases lubricantes – Es la materia prima para la producción de los aceites lubricantes.

- Ceras parafínicas – Es la materia prima para la producción de velas y similares, ceras para pisos, fósforos, papel parafinado, vaselinas, etc.

- Polietileno – Materia prima para la industria del plástico en general

- Alquitrán aromático (Arotar) – Materia prima para la elaboración de negro de humo que, a su vez, se usa en la industria de llantas. También es un diluyente

- Acido nafténico – Sirve para preparar sales metálicas tales como naftenatos de calcio, cobre, zinc, plomo, cobalto, etc., que se aplican en la industria de pinturas, resinas, poliéster, detergentes, tensoactivos y fungicidas

- Benceno – Sirve para fabricar ciclohexano.

- Ciclohexano – Es la materia prima para producir caprolactama y ácido adípico con destino al nylon.

- Tolueno – Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, adhesivos, pegantes, thinner y tintas, y como materia prima del benceno.

- Xilenos mezclados – Se utilizan en la industria de pinturas, de insecticidas y de thinner.

- Ortoxileno – Es la materia prima para la producción de anhídrido ftálico.

- Alquilbenceno – Se usa en la industria de todo tipo de detergentes, para elaborar plaguicidas, ácidos sulfónicos y en la industria de curtientes.El azufre que sale de las refinerías sirve para la vulcanización del caucho, fabricación de algunos tipos de acero y preparación de ácido sulfúrico, entre otros usos. En Colombia, de otro lado, se extrae un petróleo pesado que se llama Crudo Castilla, el cual se utiliza para la producción de asfaltos y/o para mejoramiento directo de carreteras, así como para consumos en hornos y calderas. (9)

Extracción del petróleo

La demanda de petróleo natural exige buscar yacimientos en zonas casi inaccesibles. Las plataformas petrolíferas extraen petróleo del mar. Las instalaciones terrestres son menos complejas, pero en ocasiones han de instalarse en lugares tan inhóspitos como este desierto de Argelia. (ver fotos abajo)

Aunque en un principio se empleó el método de percusión, cuando los pozos petrolíferos estaban situados a poca profundidad y bajo rocas de gran dureza, dicha técnica desde mediados del siglo XX dejó paso al método de rotación, ya que la mayor parte del petróleo se ha determinado que se encuentra a una profundidad de entre 900 y 5.000 metros, aunque hay pozos que llegan a los 7.000 u 8.000 metros.

Método de rotación
Consiste en un sistema de tubos acoplados unos a continuación de otros que, impulsados por un motor, van girando y perforando hacia abajo. En el extremo se halla una broca o trépano con dientes que rompen la roca, cuchillas que la separan y diamantes que la perforan, dependiendo del tipo de terreno. Además, existe un sistema de polea móvil del que se suspende el conjunto de los tubos que impide que todo el peso de los tubos –los pozos tienen profundidades de miles de metros– recaiga sobre la broca.

Encamisado
Para evitar que las paredes del pozo se derrumben durante la perforación y, al mismo tiempo, la estructura de los estratos del subsuelo permanezca inalterada, según se va perforando el pozo, éste va siendo recubierto mediante unas paredes –o camisas– de acero de un grosor de entre 6 y 12 milímetros.

Aprovechamiento del yacimiento
Los cálculos realizados históricamente permiten afirmar que habitualmente una bolsa de petróleo sólo suele ser aprovechada entre un 25% y un 50% de su capacidad total. El petróleo suele estar acompañado en las bolsas por gas. Ambos, por la profundidad a la que se hallan, están sometidos a altas presiones–el gas, por esa circunstancia, se mantiene en estado líquido–. Al llegar la broca de perforación, la rotura de la roca impermeable provoca que la presión baje, por lo que, por un lado, el gas deja de estar disuelto y se expande y el petróleo deja de tener el obstáculo de la roca impermeable y suele ser empujado por el agua salada que impregna generalmente la roca porosa que se encuentra por debajo de la bolsa de petróleo. Estas dos circunstancias hacen que el petróleo suba a la superficie.

Bombeo del petróleo
Sin embargo, llega un momento en que la presión interna de la bolsa
disminuye hasta un punto en que el petróleo deja de ascender solo -y, por otro lado, el gas, cada vez menor, deja de presionar sobre el crudo–, por lo que hay que forzarlo mediante bombas para que suba.
Este bombeo se realiza hasta el momento en que el coste del sistema
de extracción es mayor que la rentabilidad que se obtiene del petróleo, por lo que el pozo es abandonado.

Inyección de agua.
Para aumentar la rentabilidad de un yacimiento se suele utilizar un sistema de inyección de agua mediante pozos paralelos. Mientras que
de un pozo se extrae petróleo, en otro realizado cerca del anterior se
inyecta agua en la bolsa, lo que provoca que la presión no baje y el petróleo siga siendo empujado a la superficie, y de una manera más rentable que las bombas.
Este sistema permite aumentar la posibilidad de explotación de un pozo hasta, aproximadamente, un 33% de su capacidad. Dependiendo de las características del terreno, esta eficiencia llega al 60%.

Inyección de vapor
En yacimientos con petróleo muy viscoso (con textura de cera) se utiliza la inyección de vapor, en lugar de agua, lo que permite conseguir dos efectos:
1.) Por un lado, se aumenta, igual que con el agua, la presión de la bolsa de crudo para que siga ascendiendo libremente.
2.) Por otro, el vapor reduce la viscosidad del crudo, con lo se hace más sencilla su extracción, ya que fluye más deprisa.

Extracción en el mar
El avance en las técnicas de perforación ha permitido que se puedan desarrollar pozos desde plataformas situadas en el mar (off-shore), en aguas de una profundidad de varios cientos de metros.
En ellos, para facilitar la extracción de la roca perforada se hace circular constantemente lodo a través del tubo de perforación y un sistema de toberas en la propia broca.
Con ello, se han conseguido perforar pozos de 6.400 metros de profundidad desde el nivel del mar, lo que ha permitido acceder a una parte importante de las reservas mundiales de petróleo. (10)

Contaminación por petróleo

Los hidrocarburos son un tipo de contaminantes que afectan a la calidad del agua de manera importante. Los derrames de petróleo, cada día son más frecuentes en los océanos, dejan estelas de contaminación de efectos a muy largo plazo. La formación de una película impermeable sobre el agua en las zonas de derrame afecta rápida y directamente a las aves y a los mamíferos acuáticos ya que obstruye el intercambio gaseoso y desvía los rayos luminosos que aprovecha el fitoplancton para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis.

La contaminación por petróleo crudo o por petróleo refinado (combustóleo, gasolina, y otros productos obtenidos por destilación fraccionada y procesamiento químico del petróleo crudo) es generada accidental o deliberadamente desde diferentes fuentes. Algunos investigadores consideran que la contaminación por petróleo proviene de los accidentes de los buque-tanques y de las fugas en los equipos de perforación marina, sin embargo, otros consideran que es cuestión de propaganda, ya que casi el 50 % del petróleo que llega a los mares y los océanos proviene de tierra firme, del que es arrojado al suelo por las personas en las ciudades y en zonas industriales que luego son arrastrados por las corrientes fluviales hasta terminar en los océanos.
Una gran proporción de la contaminación del mar se debe a los desechos de millones de barcos que recorren diariamente los mares. Es probable que el desecho más importante de todos ellos sea el petróleo. En 1970, la expedición Ra a través del océano Atlántico reportó que de los 57 días que duró el recorrido, en 43 de ellos el mar estaba visiblemente contaminado con trozos de petróleo solidificado, aceite y otros desechos.

  

Se calcula que alrededor de 1500 millones de toneladas al año son transportadas a través de los mares y que en el proceso de carga y descarga se pierde el 0.1 % de ese petróleo. Además es práctica común que los tanques cisterna utilicen como lastre agua de mar y la regresen contaminada con petróleo. Otros buque-tanques bombean el petróleo de desecho al mar en forma de desperdicio. Se calcula que por estas dos formas se arrojan al mar 3.5 millones de toneladas de petróleo. Otra forma de contaminación por petróleo del mar proviene de la perforación de pozos de gas y petróleo en las aguas costeras y de las fugas de las tuberías subacuáticas.
   En la explotación del petróleo se derrama cerca de la mitad en el área de perforación, lo que implica grandes pérdidas y contaminación del aire, agua y suelo. La manera tradicional de extraer o recuperar el petróleo es mediante bombeo con agua lo cual representa una pérdida considerable de agua. (11)

La contaminación por petróleo se produce por su liberación accidental o intencionada en el ambiente, provocando efectos adversos sobre el hombre o sobre el medio, directa o indirectamente.
La contaminación involucra todas las operaciones relacionadas con la explotación y transporte de hidrocarburos, que conducen inevitablemente al deterioro gradual del ambiente. Afecta en forma directa al suelo, agua, aire, y a la fauna y la flora.
Efectos sobre el suelo: las zonas ocupadas por pozos, baterías, playas de maniobra, piletas de purga, ductos y red caminera comprometen una gran superficie del terreno que resulta degradada.
Esto se debe al desmalezado y alisado del terreno y al desplazamiento y operación de equipos pesados. Por otro lado los derrames de petróleo y los desechos producen una alteración del sustrato original en que se implantan las especies vegetales dejando suelos inutilizables durante años.
Efectos sobre el agua: en las aguas superficiales el vertido de petróleo u otros desechos produce disminución del contenido de oxígeno, aportede sólidos y de sustancias orgánicas e inorgánicas.
En el caso de las aguas subterráneas, el mayor deterioro se manifiesta en un aumento de la salinidad, por contaminación de las napas con el agua de producción de petróleo de alto contenido salino.
Efectos sobre el aire: por lo general, conjuntamente con el petróleo producido se encuentra gas natural. La captación del gas está determinada por la relación gas/petróleo, si este valor es alto, el gas es captado y si es bajo, es venteado y/o quemado por medio de antorchas.
El gas natural está formado por hidrocarburos livianos y puede contener dióxido de carbono, monóxido de carbono y ácido sulfhídrico. Si el gas producido contiene estos gases, se quema. Si el gas producido es dióxido de carbono, se lo ventea. Si bien existen reglamentaciones, el venteo y la quema de gases contaminan extensas zonas en la dirección de los vientos.
Efectos sobre la flora y la fauna: la fijación de las pasturas depende de la presencia de arbustos y matorrales, que son los más afectados por la contaminación con hidrocarburos. A su vez estos matorrales proveen refugio y alimento a la fauna adaptada a ese ambiente. Dentro de la fauna, las aves son las más afectadas, por contacto directo con los cuerpos de agua o vegetación contaminada, o por envenenamiento por ingestión. El efecto sobre las aves puede ser letal.
Si la zona de explotación es costera o mar adentro el derrame de hidrocarburos produce daños irreversibles sobre la fauna marina.
Efectos del transporte de petróleo: el transporte de hidrocarburos es el que ha producido los mayores accidentes con graves consecuencias ecológicas.
y carboxihemoglobina. (12)

Actividades

Para que entiendas un poco mas como es el proceso de extracción y refinación del petróleo realiza:

1. Vea la siguiente animación (haz clic en el enlace)

http://www.portalplanetasedna.com.ar/petroleo.swf

2. Visita la siguiente infografia para observar de qué elementos está compuesto el petróleo y cómo se extrae el petróleo

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/10/31/147662.php

3. Observa detenidamente la siguiente animación suminsitrada por la NASA haciéndole un rastreo a la mancha de petróleo que contaminó el año pasado el golfo de México

 

 
 

Fuentes:

(1) EDUCAR. ORG  http://www.educar.org/inventos/petroleo.asp

(2) http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/petroleo

(3) http://www.alipso.com/monografias/petroleo_comercio_mundial/

(4) http://www.quiminet.com/ar6/ar_armzgt-petroleo-origen-y-caracteristicas-fundamentales.htm

(5) http://www.iccc.es/2007/03/%C2%BFes-el-petroleo-abiotico/

(6) http://www.bibliotecapleyades.net/ciencia/ciencia_energy13.htm

(7) http://www.miliarium.com/monografias/mareasnegras/ComposicionPetroleo.asp

(8) http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/petroleoRefineria.htm

(9) http://www.monografias.com/trabajos16/derivados-petroleo/derivados-petroleo.shtml#DERIVAD

(10) http://www.muchapasta.com/b/var/Estraccion%20del%20petroleo.php

(11) http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/14agua.html

12) http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080706112022AACeOtz

Otras energías renovables para nuestro planeta

Vivimos en una sociedad que cada día está mas urgida de energía que se produce mediante procesos de explotación intensiva de recursos no renovables, facilitando con ello que el problema ambiental sea cada vez mas critico pues este tipo de energía como productos residuales están cada día expulsando a la atmosfera cientos de toneladas de contaminantes que agravan la situación climática mundial. Además las grandes empresas que manejan estos recursos no renovables en su gran mayoría están aliadas a grandes empresas cuyo único interés es en producir mas capital desfavoreciendo las condiciones económicas y sociales de muchos países que entran en la dependencia al no poder distribuir de manera diferente sus recursos energéticos. De ahí que cada vez se hace mas necesario la utilización y viabilización de generar otro tipo de energía mas limpio y más equitativo con las personas. Proyectos como la utilización de la energía solar, eólica, el uso de la biomasa o la geotermia hace que esto sea posible. La evolución de la tecnología para su aprovechamiento esta a punto, solo falta un real interés de la gente y una buena voluntad política de sus dirigentes. Para ello se hace necesario que desde ya se genere una conciencia que vea en este tipo de recursos una máxima prioridad. Además desde el área de tecnología se puede empezar a experimentar con este tipo de recursos no solo para la concientización de los estudiantes en este tipo de recursos energéticos sino también para que se generen nuevas ideas y se gesten proyectos para generar energía a través de estas fuentes renovables.

En anteriores entradas habíamos visto las posibilidades de la energía solar (https://myprofetecnologia.wordpress.com/2011/02/20/la-energa-solar/),  ahora nos detendremos en esas otras fuentes (eolica, biomasa, geotermia, el agua) para generar energía eléctrica.

ENERGIA EOLICA– el poder del viento

La energía eólica es un tipo de energía renovable cuya fuente es la fuerza del viento. La forma típica de aprovechar esta energía es a través de la utilización de aerogeneradores o turbinas de viento.

¿Pero como se llega del viento a la electricidad? El antecedente directo de los actuales aerogeneradores son los viejos molinos de viento, que incluso hoy en día se siguen utilizando para extraer agua o moler grano.

Un molino es una máquina posee  aspas o palas unidas a un eje común, que comienza a girar cuando el viento sopla. Este eje giratorio esta unido a distintos tipos de maquinaria, por ejemplo maquinaria para moler grano, bombear agua o producir electricidad.

Para obtener electricidad, el movimiento de las aspas o paletas acciona un generador eléctrico (un alternador o un dinamo) que convierte la energía mecánica de la rotación en energía eléctrica. La electricidad puede almacenarse en baterías o ser vertida directamente a la red. El funcionamiento es bastante simple, y lo que se va complejizando es la construcción de aerogeneradores que sean cada vez más eficientes.

Los aerogeneradores pueden ser de eje horizontal, que son los más comunes hoy en día, o también los hay de eje vertical.

Uno de los problemas más frecuentes que presentan los aerogeneradores es su gran tamaño así como las vibraciones y ruido que provocan. Por esta razón suelen ubicarse en zonas alejadas de viviendas. Sin embargo empresas y científicos de todo el mundo siguen trabajando para construir aerogeneradores más pequeños , o silenciosos que puedan ubicarse en zonas urbanas.

Pero uno  de los problemas que más preocupa en el campo de la generación de la energía eólica es la variabilidad de la fuente, es decir del viento. Los aerogeneradores, en general, están preparados para funcionar en forma óptima cuando el viento sopla dentro de un rango determinado de velocidades. Por un lado se requiere cierta velocidad mínima para mover las aspas, por el otro lado existe también un límite máximo.

Por ejemplo lo más común es que esos límites sean con vientos de velocidades de entre 3 y 24 metros por segundo. Al mínimo se lo llama velocidad de conexión, o sea lo mínimo para generar algo de electricidad, y al máximo se lo llama velocidad de corte, o sea cuando ya es contraproducente, ya que podría romper el mecanismo.

Los aerogeneradores pueden trabajar solos o en parques eólicos, sobre tierra formando las granjas eólicas (1)

Para que te puedas dar una idea de cómo funciona un aerogenerador y con él producir energía electrica haga clic sobre el siguiente enlace para que puedas observar una infografia que nos muestra su funcionamiento y cada una de sus partes.

- http://www.iesmariazambrano.org/Departamentos/flash-educativos/eolica.swf

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ENERGIA GEOTERMICA – el poder de la tierra

¿Qué es la energía geotérmica

Las plantas geotérmicas aprovechan el calor generado por la tierra. A varios kilómetros de profundidad en tierras volcánicas los geólogos han encontrado cámaras magmáticas, con roca a varios cientos de grados centígrados. Además en algunos lugares se dan otras condiciones especiales como son capas rocosas porosas y capas rocosas impermeables que atrapan agua y vapor de agua a altas temperaturas y presión y que impiden que éstos salgan a la superficie. Si se combinan estas condiciones se produce un yacimiento geotérmico.
    Una vez que se dispone de pozos de explotación se extrae el fluido geotérmico que consiste en una combinación de vapor, agua y otros materiales. Éste se conduce hacia la planta geotérmica donde debe ser tratado. Primero pasa por un separador de donde sale el vapor y la salmuera y líquidos de condensación y arrastre, que es una combinación de agua y materiales. Esta última se envía a pozos de reinyección para que no se agote el yacimiento geotérmico. El vapor continúa hacia las turbinas que con su rotación mueve un generador que produce energía eléctrica. Después de la turbina el vapor es condensado y enfriado en torres y laguna (2)

La energía geotérmica tiene varias ventajas: el flujo de producción de energía es constante a lo largo del año ya que no depende de variaciones estacionales como lluvias, caudales de ríos, etc. Es un complemento ideal para las plantas hidroeléctricas.
    El vapor producido por líquidos calientes naturales en sistemas geotérmicos es una alternativa al que se obtiene en plantas de energía por quemado de materia fósil, por fisión nuclear o por otros medios. Las perforaciones modernas en los sistemas geotérmicos alcanzan reservas de agua y de vapor, calentados por magma mucho más profundo, que se encuentran hasta los 3.000 metros bajo el nivel del mar. El vapor se purifica en la boca del pozo antes de ser transportado en tubos grandes y aislados hasta las turbinas. La energía térmica puede obtenerse también a partir de géiseres y de grietas.
    En algunas zonas de la Tierra, las rocas del subsuelo se encuentran a temperaturas elevadas. La energía almacenada en estas rocas se conoce como energía geotérmica. Para poder extraer esta energía es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes. La explotación de esta fuente de energía se realiza perforando el suelo y extrayendo el agua caliente. Si su temperatura es suficientemente alta, el agua saldrá en forma de vapor y se podrá aprovechar para accionar una turbina.

Ventajas
  • Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.
  • Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo, carbón…
Inconvenientes
  1. Emisión de ácido sulfídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.
  2. Emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero.
  3. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoniaco, etc.
  4. Contaminación térmica.
  5. Deterioro del paisaje.
  6. No se puede transportar. (3)

Como puedes apreciar la energía geotérmica no quema ningún combustible de origen fósil, además está disponible todo el año, para que te hagas una idea de como se puede aprovechar esta fuente de energia para producir energía electrica te invito a que veas la siguiente  infografía, haz clic en el enlace:

- http://www.iesmariazambrano.org/Departamentos/flash-educativos/geotermal.swf

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ENEGIA DE LA BIOMASA – el poder de los residuos

La biomasa incluye la madera, plantas de crecimiento rápido, algas cultivadas, restos de animales, etc. Es una fuente de energía procedente, en último lugar, del sol, y es renovable siempre que se use adecuadamente.

La biomasa puede ser usada directamente como combustible. Alrededor de la mitad de la población mundial sigue dependiendo de la biomasa como fuente principal de energía. El problema es que en muchos lugares se está quemando la madera y destruyendo los bosques a un ritmo mayor que el que se reponen, por lo que se están causando graves daños ambientales: deforestación, pérdida de biodiversidad, desertificación, degradación de las fuentes de agua, etc.

También se puede usar la biomasa para prepara combustibles líquidos, como el metanol o el etanol, que luego se usan en los motores. El principal problema de este proceso es que su rendimiento es bajo: de un 30 a un 40% de la energía contenida en el material de origen se pierde en la preparación del alcohol.

Otra posibilidad es usar la biomasa para obtener biogás. Esto se hace en depósitos en los que se van acumulando restos orgánicos, residuos de cosechas y otros materiales que pueden descomponerse, en un depósito al que se llama digestor. En ese depósito estos restos fermentan por la acción de los microorganismos y la mezcla de gases producidos se pueden almacenar o transportar para ser usados como combustible.

El uso de biomasa como combustible presenta la ventaja de que los gases producidos en la combustión tienen mucho menor proporción de compuestos de azufre, causantes de la lluvia ácida, que los procedentes de la combustión del carbono. Al ser quemados añaden CO2 al ambiente, pero este efecto se puede contrarrestar con la siembre de nuevos bosques o plantas que retiran este gas de la atmósfera.

En la actualidad se están haciendo numerosos experimentos con distintos tipos de plantas para aprovechar de la mejor forma posible esta prometedora fuente de energía. (4)

Como podrás analizar una vez leído este apartado este tipo de energía aunque renovable tiene muchas cosas a favor , pero también tiene fuertes efectos en el ambiente como la deforestación, el monocultivo que intensifica el uso del suelo en un solo producto generando problemas a largo plaza en la fertilidad de los suelos, además de verdaderos  monopolios económicos que se van formando detrás de ellos- Sin embargo parta que entiendas la manera en qué funciona te invito a que veas la siguiente infografia y te hagas una idea de la manera en qué funciona.

http://www.iesmariazambrano.org/Departamentos/flash-educativos/biomasa.swf

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ENERGIA HIDRAULICA – el poder del agua

Aunque por su importancia requiere de una espacio para ella misma, debido a este resumen de energías renovables nos vamos a referir en forma muy resumida de ella, sin embargo su impacto es muy grande y es en estos momentos la mayor generadora de energía eléctrica en nuestro país.

La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores.

Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua y, una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento centran la atención en esta fuente de energía.

La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

La energía hidroeléctrica es una de las más rentables. El costo inicial de construcción es elevado, pero sus gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos. Aún así tienen unos condicionantes:

Las condiciones pluviométricas medias del año deben ser favorables

El lugar de emplazamiento está supeditado a las características y configuración del terreno por el que discurre la corriente de agua. (5)

Cómo funciona una central hidráulica?

Una centra hidráulica tiene por fin aprovechar, mediante un desnivel, la energía potencial contenida en forma de agua para convertirla en energía eléctrica utilizando unas turbinas acopladas a unos alternadores.
La gran cantidad de agua que se retiene, es mediante una presa, formando así un embalse o lago artificial del que se generará un salto de agua, para liberar eficazmente la energía potencial de la masa de agua y transformarla posteriormente en energía eléctrica, este tipo de centrales hidroeléctricas se llaman centrales con regulación.
El aprovechamiento del agua, consiste en llevar el agua de la presa por una galería de conducción con apenas desnivel, hasta un depósito llamado chimenea de expansión. De esta chimenea arranca una tubería forzada que conduce el agua hasta la sala de máquinas de la central. Posteriormente el agua es restituida al rio, utilizando un canal de descarga de agua abajo.
En la central propiamente dicha, se encuentran los equipos eléctricos formados por los grupos turbina-alternador. El agua que llega por la galería forzada es conducida hasta los álabes de la turbina, que unida por un eje al alternador hacen que el rotor de éste gire, induciendo en el estator una corriente eléctrica de alta intensidad y media tensión. Ésta mediante un transformador, pasará a ser de baja intensidad y alta tensión, apta por lo tanto para su transporte y distribución a los centros de consumo…. (6)

Haz clic en la siguiente infografia para que veas cómo funciona una central hidráulica

- http://www.iesmariazambrano.org/Departamentos/flash-educativos/hidraulica.swf

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Actividades y proyecto de clase

1- Como podrás observar ya tienes un buen esquema de cómo se pueden aprovechar estas fuentes de energía renovable para la producción de electricidad. Ahora visita los siguientes enlaces para que puedas observar una serie de proyectos caseros para que tu puedas empezar a generar tu propia energía limpia con estas fuentes, ¡te animas¡

- http://www.cienciafacil.com/cocinaembudo.html

- http://www.gstriatum.com/energiasolar/articulosenergia/03_estufa_solar.html

- http://blog.hemmings.com/index.php/2007/04/26/almost-free-garage-heat-just-drink-a-lot-of-soda/

- http://elmundodelosinventores.blogspot.com/2009/08/como-fabricar-una-estufa-solar-casera.html

- http://es.scribd.com/doc/6694219/Planos-Para-Construir-Una-Cocina-Solar

- http://solarcooking.org/espanol/paracuina-es.pdf

2-  Observa los siguientes videos y reúnete en grupo y experimenta con una de estas alternativas las cuales presentarás a la clase y se experimentará la manera en qué funciona.

Cocina solar

3.Si ves que te puedes arriesgar a experimentar con este tipo de fuentes renovables y generar algo de energía,

Así que en grupos de cuatro (4) estudiantes van a analizar los materiales que se te han suministrado en esta web lesson y experimentar con un artefacto sencillo, la tarea es que logres construir una cocina solar  y freír en ella un huevo. También puedes experimentar con otras alternativas como un aerogenerador, etc. Contempla l a posibilidad de tomar una serie de fotos a todo tu proyecto y presenta tus resultados en una presentación powerpoint la cual será socializada a toda la clase. Tu presentación la puedes enviar al correo electrónico asociado a este blog: myprofeciencias@gmail.com

Fuentes:

(1) http://erenovable.com/2008/12/11/cmo-funciona-un-aerogenerador-o-turbina-eolica/

(2) http://www.panoramaenergetico.com/energia_geotermica.htm

(3) http://pedroreina.net/trabalu/19981999/webitos4.htm

(4) http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/07Energ/170EnBiom.htm

(5) http://www.profesorenlinea.cl/fisica/EnergiaHidraulica.htm

(6) http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20070817070109AAERSwY

La energía solar

Indudablemente es el sol la mayor fuente de energía de nuestro planeta, prácticamente toda la energía a excepción de la  nuclear podríamos decir tiene su u origen en esta fuente inagotable. Cada día el sol nos envía tanta energía que podría  satisfacer cualquier demanda, sin embargo aun no tenemos la tecnología necesaria para aprovecharla en su totalidad y a eso también tendríamos también que agregar que no hay la suficiente voluntad política, ya que dependemos en gran parte del negocio trasnacional que tiene las petroleras Por eso cada vez se abre camino la tesis de poder aprovechar esta energía,  que es segura, limpia, llega para todos, no genera efectos secundarios malsanos, en fin todo lo que podríamos encontrar de ventajoso, así que se hace necesario que podamos darnos cuenta de todas estas inmensas posibilidades y empezar a generar alternativas que hagan viable tecnológicamente esta fuente de energía y poderla aprovechar. Así que empecemos a revisar las tecnologías actuales que aprovechan esta fuente energética y ver que investigaciones se hacen para el futuro para aprovecharla al 100%, además hay que motivar a nuestros estudiantes para que empiecen a ver esta energía como algo accesible y posible y empezar a experimentar con ella, así que veamos un poco sobre este interesante tema.

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El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia.

El Sol produce una enorme cantidad de energía: aproximadamente 1,1 x 1020 KiloWatios hora cada segundo (1 KiloWatio hora es la energía necesaria para iluminar una bombilla de 100 Watios durante 10 horas). La atmósfera exterior intercepta aproximadamente la mitad de una billonésima parte de la energía generada por el sol, o aproximadamente 1.5 trillones (1.500.000.000.000.000.000) de KiloWatios hora al año. Sin embargo, debido a la reflexión, dispersión y absorción producida por los gases de la atmósfera, sólo un 47% de esta energía, o aproximadamente 0.7 trillones (700.000.000.000.000.000) de KiloWatios hora alcanzan la superficie de la tierra.
Esta energía es la que pone en marcha la "maquinaria" de la Tierra. Calienta la atmósfera, los océanos y los continentes, genera los vientos, mueve el ciclo del agua, hace crecer las plantas, proporciona alimento a los animales, e incluso (en un largo período de tiempo) produce los combustibles fósiles. Nosotros dependemos de la energía de las plantas, el agua, el viento y los combustibles fósiles para hacer funcionar nuestras industrias, calentar y refrigerar nuestras viviendas y para mover nuestros sistemas de transporte.
La cantidad de energía que se consume en el mundo anualmente es aproximadamente 85 billones (85.000.000.000.000) de KiloWatios hora. Esto es lo que se puede medir, es decir la energía que se compra, vende o comercializa. No hay forma de saber exactamente qué cantidad de energía no comercial consume cada persona (por ejemplo cuanta madera se quema, o que cantidad de agua se utiliza en pequeños saltos de agua para producir energía eléctrica). Según algunos expertos esta energía no comercial puede constituir como mucho una quinta parte del total de energía consumida. Aunque fuera este el caso, la energía total consumida por el mundo significaría sólo 1/7.000 de la energía solar que incide sobre la superficie de la tierra cada año. (1)

       Sería poco racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos definitivamente de la dependencia del petróleo o de otras alternativas poco seguras, contaminantes o, simplemente, agotables.

Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que debemos afrontar y superar. Aparte de las dificultades que una política energética solar avanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía está sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más la solemos necesitar.

    Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la todavía incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria.(2)

¿Qué se puede obtener con la energía solar?

Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar "energía solar", podemos obtener calor y electricidad.
El calor se logra mediante los captadores o colectores térmicos, y la electricidad, a través de los llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni en su aplicación.
Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico. El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.
También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas .precisamente cuando más soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hace falta disponer de una «fuente cálida», la cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes ya funcionan a pleno rendimiento acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar.
Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por citar otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible.
Las «células solares», dispuestas en paneles solares, ya producían electricidad en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solución definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto, no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, y aunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto que captan la luz que se filtra a través de las nubes.
La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. También es posible inyectar la electricidad generada en la red general, obteniendo un importante beneficio.
Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, iniciándose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para la tercera década del siglo, una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga su origen en la conversión fotovoltaica. (3)

Cómo se fabrican las celdas fotovoltaicas?

La construcción de celdas fotovoltaicas se ha generalizado debido a la falta de sistemas de redes eléctricas y a las grandes áreas rurales y despobladas que el mundo posee actualmente; desde la década del 90’ la tecnología fotovoltaica se emplea para suministrar electricidad a diferentes aplicaciones como sistemas de telefonía satelital, educación vía satélite, seguridad y control de plataformas marinas no tripuladas, entre otras aplicaciones. Las celdas fotovoltaicas son de bajo costo y aplicables en electrificación y telefonía rural como bombeo de agua y protección catódica. Los costos de generación e inversión se encuentran en el rango de 3,500 a 7,000 US$/KW instalado y de 0,25 a 0,5 dólares por KWh generado; esto nos permite apreciar que la expansión de la industria de energía solar se expandirá en muy poco tiempo y que los módulos o paneles solares parecen ser los precursores. En conclusión, las celdas son el motor de cualquier sistema solar, mientras que los rayos solares, el combustible para que las celdas funcionen correctamente; su garantía es no menor a 25 años lo que implica un grana ahorro en mantenimiento o arreglos.

Las celdas fotovoltaicas son elementos que producen electricidad al incidir la luz sobre su superficie. La fuente de luz utilizada generalmente es el sol, considerando su costo marginal nulo. Estas celdas también son conocidas como baterías solares, fotopilas o generadores helio voltaicos.

Dado que cada elemento puede generar una cantidad reducida de electricidad, en sus orígenes se destinaron a alimentar consumos pequeños con requerimientos particulares, como los de la exploración espacial. Con el avance tecnológico este campo se fue ampliando, como se puede ver en detalle en la bibliografía sugerida al final. Generalmente se las agrupa en disposiciones serie-paralelo, formando panelessolares para aumentar la potencia generada.

La fiabilidad de las celdas solares es muy grande y no necesitan mantenimiento. Son bastante insensibles a las variaciones climáticas y a los agentes atmosféricos, salvo, como es lógico, los que impiden la llegada de la luz.

Su desarrollo empezó en el año 1839 cuando Becquerel descubrió que si se ilumina uno de dos electrodos sumergidos en un electrolito, aparece entre ambos una diferencia de potencial, dando lugar al efecto fotovoltaico. En 1876, mientras Adams y Day se hallaban experimentando con la conductividad de unas varillas de selenio amorfo embebidas en hierro, descubrieron que se creaba una diferencia de potencial cuando sus aparatos eran iluminados. Las celdas solares fueron comercializadas inicialmente en 1955. Las investigaciones iniciales en este campo se enfocaron al desarrollo de productos para aplicaciones espaciales, siendo su primera utilización exitosa en los satélites artificiales; sus principales características (simplicidad, bajo peso, eficiencia, confiabilidad y ausencia de partes móviles) las hicieron ideales para el suministro de energía en el espacio exterior.

Por otra parte, en el año 1873, W. Smith observó una variación de la capacidad de conducción del selenio por efecto de la luz. A partir de ese descubrimiento, denominado efecto fotoconductivo, Siemens construyó un fotómetro, que contribuyó a la divulgación del nuevo fenómeno. (4)

Funcionamiento de la celda

Las celdas fotovoltaicas conocidas también como celdas solares están hechas de de materiales semiconductores, en especial de silicio, el mismo que se emplea en la industria de la microelectrónica. Se emplea una delgada rejilla semiconductora para poder originar un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro, claro está; cuando la energía proveniente de los rayos solares llega a la celda fotovoltaica, los electrones son golpeados y sacados de los átomos del material semiconductor. (5)

La electricidad se obtiene se ponen a los semiconductores tanto positivos como negativos formando un circuito eléctrico, es entonces cuando los electrones son capturados en forma de corriente eléctrica. Las celdas son aquellas que, juntas, forman un panel fotovoltaico, pero un arreglo de varias celdas conectadas eléctricamente unas con otras en una estructura generan un módulo fotovoltaico.

Los módulos son construidos con el objetivo de brindar un determinado nivel de voltaje, un ejemplo es un sistema de 12 voltios; la corriente que se produzca dependerá siempre de cuanta luz el módulo capte. Los sistemas de este estilo puede funcionar aisladamente o conectados en red; con respecto a estos último, los mismos interaccionan a través de una interfaz electrónica, es decir, un inversor, que transforma la corriente directa en alterna para poder ser utilizada luego.

¿Qué sistemas forman una instalación fotovoltaica?

Los esquemas básicos de instalaciones fotovoltaicas son los siguientes:

image

Tal y como indica el esquema los elementos que componen una instalación fotovoltaica conectada a red son los siguientes:

Generador Fotovoltaico
Las células fotovoltaicas, por lo general de color negro o azul oscuro, se asocian en grupos y se protegen de la intemperie, formando módulos fotovoltaicos. Varios módulos fotovoltaicos junto con los cables eléctricos que los unen y con los elementos
de soporte y fijación, constituyen lo que se conoce como generador fotovoltaico.
El generador fotovoltaico es el elemento encargado de transformar la radiación solar en energía eléctrica. Esta electricidad se produce en corriente continua, y sus características dependen de la intensidad energética de la radiación solar y de la temperatura ambiente.

Inversor
El inversor es el elemento que transforma la energía eléctrica (corriente continua) producida por los paneles en corriente alterna de las mismas características que la de la red eléctrica. Existen diferentes tipos de inversores, pero se considera recomendable escogerlo en función del tamaño de la instalación a realizar.

La batería

La batería es el elemento encargado de acumular la energía entregada por los paneles durante las horas de mayor radiación para su aprovechamiento durante las horas de baja o nula insolación.

El regulador

El regulador de carga controla la carga de la batería evitando que se produzcan sobrecargas o descargas excesivas que disminuyen su vida útil. Con esta configuración el consumo se produce en corriente continua.

¿Cuál es la vida útil de una instalación solar?

En el caso de los sistemas solares térmicos, las instalaciones poseen un periodo de vida superior a los 25 años.
En el caso de las instalaciones fotovoltaicas, el periodo de vida es superior a los 30 años. (6)

Energia solar termica

La energía solar térmica o energía termosolar consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, deenergía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales. (7)

De manera muy esquemática, el sistema de energía solar térmica funciona de la siguiente manera: el colector o panel solar capta los rayos del sol, absorbiendo de esta manera su energía en forma de calor, a través del panel solar hacemos pasar un fluido (normalmente agua) de manera que parte del calor absorbido por el panel es transferido a dicho fluido, el fluido eleva su temperatura y es almacenado o directamente llevado al punto de consumo.

Las aplicaciones mas extendidas de esta tecnología son el calentamiento de agua sanitaria (ACS), la calefacción por suelo radiante y el precalentamiento de agua para procesos industriales.

Otras aplicaciones son el calentamiento de agua para piscinas cubiertas o a la intemperie y usos emergentes como el de climatización o frío solar alimentando a bombas de absorción.

En función de la aplicación, usaremos distintos tipos de colectores ó paneles solares térmicos, variando también la complejidad de la instalación. De esta manera, podemos usar paneles solares planos para aplicaciones típicas de calentamiento de agua sanitaria, colectores de tubo de vacío en zonas especialmente frias o para aplicaciones de calefacción y climatización, colectores de polipropileno sin cubierta para aumentar la temporada de baño en piscinas a la intemperie, etc.

En cuanto a las instalaciones, podemos encontrar desde equipos compactos para dotar de agua caliente sanitaria a una casa unifamiliar, hasta instalaciones mas complejas con fluidos caloportadores distintos al agua, intercambiadores de calor, grandes depósitos de acumulación, etc.

Actualmente podemos afirmar que el aprovechamiento de la energía solar térmica es una tecnología madura y fiable, que las inversiones realizadas en general son amortizables sin la necesidad de subvenciones, y que se trata de una alternativa respetuosa con el medio ambiente. (8)

Actividades:.

Para ampliar esta información haz clic sobre los siguientes enlace para ver la siguiente infografia:

01 http://www.iesmariazambrano.org/Departamentos/flash-educativos/energiasolar.swf

02 http://www.eitb.com/multimedia/infografias/energia_solar/es/Energia_solar_es.swf

Vea las siguientes fichas resumen de todas estas tecnologías:

01 http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/agenciadelaenergia/portal/com/bin/contenidos/proyectos/areas/energiasRenovables/solar/index/1264592208421_fotovoltaica_conlogo_baja.pdf

02 http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/agenciadelaenergia/portal/com/bin/contenidos/proyectos/areas/energiasRenovables/solar/index/1264592228907_binder1.pdf

Observa los siguientes videos

Fuentes:

(1) http://saecsaenergiasolar.com/fotovoltaico/introduccion/

(2) http://www.censolar.es/menu2.htm

(3) http://blogdforce.blog.com.es/2010/01/02/que-se-puede-obtener-con-energia-solar-7681821/

(4) http://www.angelfire.com/electronic2/electronicaanalogica/celda.html

(5) http://www.instalacionenergiasolar.com/energia/celdas-fotovoltaicas.html

(6) Guía de la energía solar. MadridSolar Madrid 2006. PDF

(7) http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_t%C3%A9rmica

(8) http://www.solarweb.net/solar-termica.php

Energía renovable y no renovables

vivimos en una época caracterizada por su enorme necesidad de energía, y esto nos ha llevado a cuna completa dependencia de sobre todo del tipo de energía no renovable es decir aquel tipo de energía proveniente del petroleo, el gas, carbón y otros cuya quema intensiva produce enormes cantidad de CO2 y otro tipo de sustancias que contaminan la atmosfera. De otro lado su uso exagerado esta agotando las reservas que de este tipo de energías hay en el mundo y si a esto le asociamos que grandes grupos económicos invierten grandes cantidades de dinero en explotarlos ofreciendo un negocio que se ha convertido en fuente y financiación de gobiernos tenemos una combinación casi letal para nuestro ambiente. De ahí la necesidad de empezar a generar otro tipo de energías mas limpias que tengan un menor impacto con el medio ambiente y  que generen una forma mas equitativa de llegar a cada usuario. Las energías renovables como su nombre lo indica son todas aquellas fuentes permiten renovarse constantemente, aunque algunas de ellas todavía resultan caras, su uso no encara un riesgo ya que no producen ningún efecto en la atmosfera como es el caso de la energía que podríamos aprovechar de la mayor fuente que es el sol. Aunque es muy posible que la tecnología este ya al alcance de la mano ya que  las celdas fotovoltaicas que eran hasta hace un tiempo demasiado costosas hay esperanzas de encontrar un tipo de material mas asequible. Otro tipo de energías de este tipo provienen del viento, del mar, del interior de la tierra, de la biomasa y de otras fuentes que hace falta conocer y sobre todo poder experimentar. Por lo anterior vamos a darle todo un espacio a este tipo de energía no convencionales en la asignatura de tecnología para empezar a concientizarnos de  su enorme potencial  y generar ideas y proyectos sobre su posible utilización. Sin embargo para entender la importancia de este tipo de energía hay que p asar también por conocer como es el proceso de extracción, uso, comercialización de las energías no renovables para que podamos entender cual es el riesgo de su uso indiscriminado que hoy tenemos y poder entonces aprovechar el potencial que podríamos aprovechar de las energías renovables.

Definición del concepto

Las fuentes de energía se clasifican en renovables y no renovables. Las energías no renovables son el petróleo, el gas natural y el carbón. Se las llama no renovables porque cuando se extrae estos combustibles de la tierra, no se los vuelve a reponer y su disponibilidad es cada vez menor. Se forman por la descomposición producida durante miles y millones de años de material orgánico en el interior de la tierra. La energía nuclear es también una fuente no renovable de energía.
Las fuentes de energía renovables, en cambio, provienen de fuentes inagotables, principalmente el Sol y la Tierra y su disponibilidad no disminuye con el tiempo. El Sol y la Tierra seguirán proveyéndonos de energía durante algunos millones de años más, y con él los vientos, la fotosíntesis de las plantas, el ciclo de agua, las fuerzas del mar y el calor al interior de la Tierra.
Por todas estas consideraciones, es importante hacer varias reflexiones: ¿Hasta dónde llegará la civilización en el uso libre e ilimitado de la energía? ¿Hasta cuándo podrá la tierra proveernos de los recursos necesarios para este mecanismo funcionando? ¿Qué efectos ocasiona el consumo de la energía y qué alternativas existen para reducir la dependencia de los combustibles fósiles? ¿Existen otras formas de generación, producción y distribución de energía eléctrica? (1)

Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de forma autogestionada (ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen). Además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo la integración entre ellas. Por ejemplo, la energía solar fotovoltaica suministra electricidad los días despejados (por lo general con poco viento, debido al dominio del anticiclón), mientras que en los días fríos y ventosos, frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los que pueden producir mayor energía eléctrica. (2)

Fuentes de energía renovables:

- Energía solar

- Energía hidráulica

- Energía Eólica

- Biomasa

- Energía mareomotriz y energía de las olas

- Energía geotérmica

· Fuentes de energía no renovables:

- Carbón

- Petróleo

- Gas natural

- Uranio

Si bien en Colombia la energía electrica en mayor parte es producida aprovechando los caudales de los ríos a través de la energía hidráulica,el gran grueso de nuestras fabricas, autos y demas demandan energía no renovable de  origen fósil, formadas por la transformación de restos orgánicos acumulados en la naturaleza desde hace millones de años, o de origen mineral. Son de origen fósil el carbón, el petróleo y el gas natural.

Empecemos entonces viendo las energías NO renovables para luego dedicarnos de una forma mas amplia a las energía renovable

Energia NO renovable

Energía no renovable se refiere a aquellas fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada y una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o extracción viable.

  • Los combustibles fósiles.
  • Los combustibles nucleares.

Combustible fósil

Son combustibles fósiles el carbón, el petróleo y el gas natural. Provienen de restos de seres vivos enterrados hace millones de años, que se transformaron bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura.

El combustible fósil puede utilizarse directamente, quemándolo para obtener calor y movimiento en hornos, estufas, calderas y motores. También pueden usarse para electricidad en las centrales térmicas o termoeléctricas, en las cuales, con el calor generado al quemar estos combustibles se obtiene vapor de agua que, conducido a presión, es capaz de poner en funcionamiento un generador eléctrico, normalmente una turbina.

Ventajas
  • Son muy fáciles de extraer (casi todos).
  • Su gran disponibilidad.
  • Su gran continuidad.
  • Son muy baratas (menos algunos como el petróleo).
Desventajas
  • Su uso produce la emisión de gases que contaminan la atmósfera y resultan tóxicos para la vida.
  • Se puede producir un agotamiento de las reservas a corto o medio plazo.
  • Al ser utilizados contaminan más que otros productos que podrían haberse utilizado en su lugar.

Combustibles nucleares

Pueden ser combustibles nucleares como el uranio y el plutonio, en general todos aquellos elementos físibles adecuados al reactor. Sirva de ejemplo los reactores de un submarino nuclear que deben funcionar con uranio muy enriquecido o centrales como la de Ascó o Vandellós que les basta con un enriquecimiento del 4,16%.

Son elementos químicos capaces de producir energía por fisión nuclear. La energía nuclear se utiliza para producir electricidad en las centrales nucleares. La forma de producción es muy parecida a la de las centrales termoeléctricas, aunque el calor no se produce por combustión, sino mediante la fisión de materiales fisibles.

Ventajas
  • Produce mucha energía de forma continua.
  • No genera emisiones de gases de efecto invernadero durante su funcionamiento.
Desventajas
  • Su combustible es limitado.
  • Genera residuos radiactivos activos durante cientos de años.
  • Puede ocasionar graves catástrofes medioambientales en caso de accidente.
  • Algunas de ellas no están suficientemente desarrolladas tecnológicamente.

Energías renovables
Energías renovables
Combustibles fósiles 01
Combustibles fósiles 02

Fuentes:

(1) www.enerpro.com.ec/Recursos/…/ResumenEnergiasRenovables.pdf

(2) http://www.solener.com/intro.html

 

Hacia un concepto de la energía

Uno de los conceptos mas complejos de definir por lo abstracto del tema es el correspondiente a la energía, ya que como veremos a continuación hacemos referencia a un conjunto de fenómenos: para la física energía es la capacidad que tiene un cuerpo de hacer un trabajo: y en la cotidianidad la energía tiene muchas interpretaciones, usamos el concepto de energía de muchas formas algo así como para definir la energía que requiere un artefacto para funcionar, la energía que necesitamos para poder realizar nuestras diferentes actividades diarias o a veces solemos decir “necesito energía para funcionar” o también “No hay energía para que funciones la TV” etc.,. De igual forma vemos como la energía es un ciclo en la naturaleza: “ La energía de la fusión nuclear en el Sol produce un flujo incesante de radiación electromagnética, que llega a la Tierra para producir el movimiento de la atmósfera y los océanos. Parte de esta energía radiante la transforman las plantas, mediante la fotosíntesis, en energía química. Al ingerir alimentos, usamos esta energía almacenada en todas nuestras actividades. Los combustibles fósiles provienen de la energía química almacenada por espacio de millones de años. Nos sirven para producir energía mecánica, así como para transformar de nuevo esta energía en energía electromagnética, es decir, en luz. La energía en el interior de la Tierra hace que se desplacen las placas tectónicas.” (1)

Como se puede apreciar hay diferentes expresiones que hacen que el termino se confunda, así que vamos a dedicar esta entrada a ver las diferentes formas de energía, su uso que hace hoy la tecnología, sus posibilidades dentro  de un planeta que sufre una grave crisis energética debido al uso indiscriminado de los combustibles y que sin embargo tiene un enorme potencial  en otro tipo de energías no convencionales y en la cual visualizamos un gran desarrollo hacia el futuro. Hoy nuestra tecnología depende en gran medida del petróleo, pero estamos en la capacidad de empezar a desarrollar otro tipo de energías mas limpias, mas baratas y con optimo rendimiento.

FORMAS DE ENERGIA

El ser humano necesita energía para realizar cualquier actividad, para mantener sus constantes vitales, mandar órdenes al cerebro a través de los nervios, renovar sus células, etc.
Además de la energía necesaria para el funcionamiento de su cuerpo, tiene que aplicarla también para poder ver cubiertas sus necesidades de alimentación, bienestar, etc. Esto lo realiza a través de los músculos, de los cuales se puede obtener una energía muy limitada cuando se aplica a la realización de muchas tareas.

Para los hombres primitivos, el disponer solamente de esta energía tan escasa, limitaba sus posibilidades de desarrollo y subsistencia. Con el paso del tiempo, fue aprendiendo de la naturaleza y aplicando algunos recursos de ella y pudo así conseguir un mejor bienestar. Creó diversos utensilios y herramientas como palancas, planos inclinados, etc., que le hicieron más fácil la realización de los
trabajos.
También utilizó los animales domésticos, para ayudarle a realizar distintas labores, máquinas de pequeña potencia (poco trabajo en un determinado tiempo) y rendimiento bajo e incluso se utilizó al propio hombre para cubrir las necesidades energéticas. En las sociedades antiguas, la mayoría de los hombres eran esclavos o siervos de una minoría.
Con el desarrollo industrial se empezaron a aplicar nuevas fuentes de energía, tales como los combustibles fósiles, y otras fuentes ya conocidas desde la antigüedad, como el viento, la madera, el agua, etc. La transformación de energía en otra más adecuada se realiza por medio de mecanismos y útiles. Al conjunto de estas piezas y mecanismos, que transforma una energía en otra, se denomina máquina. En el mundo actual, y debido al alto bienestar de las sociedades desarrolladas, el consumo de energía es grandísimo; nos desplazamos en vehículos que aprovechan la energía térmica o eléctrica; la cocción de alimentos necesita calor que procede de algún gas o de la energía eléctrica y, como éstas, existen innumerables aplicaciones donde la energía está presente. (2)

La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina: (3)

  • Energía térmica
  • Energía eléctrica
  • Energía radiante
  • Energía química
  • Energía nuclear

- Energía térmica o calorífica:

Es la energía asociada a la transferencia de calor de un cuerpo a otro. Para que se transfiera calor es necesario que exista una diferencia de temperaturas entre los dos cuerpos. El calor es energía en tránsito. Todos los materiales no absorben o ceden calor del mismo modo, pues unos materiales absorben el calor con mayor facilidad que otros. Ese factor depende del llamado calor específico del material C e.
Cada material tiene su propio calor específico. Ejemplo: Madera Ce = 0’6 y Cobre Ce = 0’094

Esto significa que para que un gramo de madera suba su temperatura un grado debe absorber 0’6 cal y para que ocurra lo mismo para un gramo de cobre debe absorber 0’094 cal.

- La Energía eléctrica

Es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético. Ej.: La transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una bombilla.

Es la energía asociada a la corriente eléctrica, es decir, a las cargas eléctricas en movimiento. Es la de mayor utilidad por las siguientes razones …

- Es fácil de transformar y transportar
- No contamina allá donde se consuma
- Es muy cómoda de utilizar

- Energía radiante:

Es la energía que se propaga en forma de ondas electromagnéticas (luz visible, infrarrojos, ondas de radio, ultravioleta, rayos X,…), a la velocidad de la luz. Parte de ella es calorífica. Un caso particular conocido es la energía solar.

Es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Ej.: La energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y calor.

- Energía química:

Es la energía que almacenan las sustancias químicas, la cual se suele manifestar en otras formas (normalmente calor) cuando transcurre una reacción química. Está energía está almacenada, en realidad, en los enlaces químicos que existen entre los átomos de las moléculas de la sustancia.
Los casos más conocidos son los de los combustibles (carbón, petróleo, gas, …).

De igual forma esta energía está presente en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.

- La Energía nuclear

Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión, ej.: la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores nucleares.

Esta energía mantiene unidos los protones y neutrones en el nucleo. Cuando estos elementos se unen o dividen se libera. Se conocen dos tipos de reacción nuclear Fisión nuclear: los núcleos de átomos pesados (como Uranio o Plutonio) se dividen para formar otros más ligeros. Este se emplea comercialmente.
Fusión nuclear: Se unen núcleos ligeros para formar otros más pesados. Está en fase experimental.

FUENTES DE ENERGIA

Las Fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía utilizable en sus actividades.

El origen de casi todas las fuentes de energía es el Sol, que "recarga los depósitos de energía". Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados".

  • Renovables: Pueden utilizarse de manera continuada para producir energía, bien porque se regeneran fácilmente (biomasa) o porque son una fuente inagotable (solar)
  • No renovables: Una vez utilizadas tardan muchísimo tiempo en regenerarse.

Las fuentes de energía se pueden dividir en dos grandes subgrupos: permanentes (renovables) y temporales (agotables). En principio, las fuentes permanentes son las que tienen origen solar. Aun así, el concepto de renovabilidad depende de la escala de tiempo que se utilice y el ritmo de uso de los recursos. Así pues, los combustibles fósiles se consideran fuentes no renovables ya que la tasa de utilización es muy superior al ritmo de formación del propio recurso. (4)

Evaluacion:

Reace la siguiente actividad de completar la lectura para que complementes tus ideas sobre la energía:

Complete: http://dl.dropbox.com/u/20611524/Prueba%20energia.htm

Fuentes:

(1) http://www.revista.unam.mx/vol.1/num2/art2/

(2) http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:-pkK-fr9I9IJ:iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/09/formas-de-energia.pdf+formas+de+energia&hl=es&pid=bl&srcid=ADGEESjC4ClHx3ZzT4nEvcN6SjOyaRg17B7mIKd16BBryGij7tKqa-FdbjeVe6yADITGbt3xpmbVQEchGQ7Zd40i5z-icK1xBLnYfrbpfHbWBNw7SkP_YV4quTLeaEn9ZjZObYKZPXBp&sig=AHIEtbRx0N2vxpkdEe-bjUiR2X7Atwydyg

(3) http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/formas.htm

(4) http://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_energ%C3%ADa